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航天器发射技术中的适配器设计

时间:2023-07-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:此外,后适配器还要完成密封气流的作用。3段适配器的结构基本相同,只是后适配器有尾唇,燃气压力将尾唇压于发射筒壁,起密封燃气的作用。适配器出发射筒后,由于受到风力等因素影响,散落无规律,有可能散落到地面设备上,对地面设备的安全造成威胁。

航天器发射技术中的适配器设计

1.自力发射用适配器

导弹使用圆截面的贮运发射箱来完成贮存、运输和发射任务时,在弹、箱之间往往装有称为适配器的弹性衬垫,在贮存时起缓冲减振作用,在发射时起导向作用,并控制初始扰动;导弹滑离后,适配器与导弹分离。

适配器一般用聚氨酯泡沫塑料为基材制成,以聚四氟乙烯和海绵板作衬料,此外,还有弹簧、定位销等配件。典型的适配器结构如图4.41所示。

之所以选用泡沫塑料做适配器,主要是基于以下考虑:

(1)泡沫塑料内部发泡,而且本身的动力特性复杂,使其在整个变形过程中处于弹性-塑性-黏弹性相交汇的流变状态,表现出强烈的非线性特性,这些都是获得良好抗冲击性能的基础。

(2)可以有效地阻止多个共振峰的产生。当系统处于路面不平或海浪起伏的随机激励环境中时,对多自由度线性系统将激起许多共振峰,产生噪声或疲劳破坏。对这种环境采用以往调整刚度和质量的方法常常难以使结构的固有特性避开宽频带激励频率。对黏弹材料,因其动力特点及阻尼较大,可以有效地解决这个问题。

(3)泡沫塑料种类较多,对同一种化学成分的材料,可以通过不同的加工工艺和发泡处理得到密度、刚度、阻尼等物理参数大不相同的材料,而且易于加工成多种形状复杂的零件。

图4.41 典型的适配器结构

1—定位销;2—适配器本体;3—分离弹簧;4—弹簧座销

上述这些特点,使人们在设计适配器时能兼顾运输时的减振特性、发射中的控制扰动特性与滑离后的分离特性三方面的要求,合理协调各设计参数。

2.弹射用适配器

发射筒一般有前、中、后3个适配器,完成支承、导向和缓冲作用。此外,后适配器还要完成密封气流的作用。3段适配器的结构基本相同,只是后适配器有尾唇,燃气压力将尾唇压于发射筒壁,起密封燃气的作用。如果用活塞或密封环密封燃气,则不需尾唇,此时3段适配器结构完全一样。适配器长度取决于各段受力情况,要保证弹体的压强要求。厚度取决于弹筒间隙、形状及尺寸误差。

带尾唇的适配器如图4.42所示。每段可以由4、8或12块组成。每块由3种不同的材料黏接而成。内层由氯丁海绵胶板制成,与导弹外表面贴合,主要补偿导弹的形状和尺寸误差,此种材料与金属摩擦系数大,能减小装填时销子的受力。中间一层本体由丁腈橡胶制成,根据需要,本体上可设有若干减轻重量孔。外层黏接聚四氯乙烯薄膜,与发射筒内壁接触,此种材料摩擦系数小,可减小发射和装填时的阻力。每块适配器均有一个弹性销钉,销钉插入导弹的销孔中,使适配器在导弹上定位。销钉在销孔中可伸缩,目的是在导弹有形状和尺寸误差时,也能良好地结合。适配器前端制成有一定角度的斜面,目的是适配器出发射筒后,在弹簧力和空气阻力的作用下,保证导弹和适配器顺利分离。前、中适配器后端制成斜面,目的是当装填装置与发射筒对接产生台阶时也能顺利装填。

图4.42 带尾唇的适配器

1—销子;2—氯丁海绵胶板;3—丁腈橡胶本体;4—聚四氯乙烯薄膜;5,6—前、中适配器;7—带尾唇的后适配器

后适配器尾唇设计成V形,目的是良好的密封燃气压力,使之不泄漏到上方,保护弹体并顺利发射。带密封尾唇的适配器能完成所要求的功能,且结构简单。由于适配器形状简单,采用橡胶材料,可用模具进行批量生产。3种材料的黏接也无须特殊工艺,所以此种形式成本低。(www.xing528.com)

后适配器是由8块(或12块,或4块)组成一圈进行密封,块与块之间不可能贴合得很好,总会漏气,密封效果不是最佳的。适配器出发射筒后,由于受到风力等因素影响,散落无规律,有可能散落到地面设备上,对地面设备的安全造成威胁。

为了解决发射时适配器分离可能造成的危害,常选用密度小的硬质聚氨酯泡沫塑料代替图4.42中的丁腈橡胶本体做适配器,而用可变形的橡胶做密封环,安装于导弹的尾罩上起密封燃气的作用。内层的硬质聚氨酯泡沫塑料是适配器的承力件,由于其密度小,具有一定的强度和弹性,由它制成的适配器质量可大大减小,且能起到缓冲作用。

图4.43 密封环

1—橡胶本体;2—聚四氟乙烯薄膜

密封环(图4.43)制成T形,也就是通常说的单边唇形。用螺钉、压板固定在尾罩的支承环上。密封环由两种材料黏接而成,本体用橡胶材料制成,在外表面上黏接一层聚四氟乙烯薄膜。本体主要起密封作用,聚四氟乙烯薄膜用于减小发射时它与筒壁间的摩擦阻力。

密封环应有足够的厚度,否则,在导弹装填与发射时容易产生翻边。密封环应有足够的过盈量,特别是在公路机动发射、导弹运输和发射呈水平和垂直两种状态下,这时导弹和发射筒不同心,所以密封环的最大外径必须是发射筒的内径,加上导弹与发射筒的不同心度,再加上必要的过盈量。这样才能保证良好的密封性。

尾罩密封、轻质材料适配器的优点是:适配器散落在地面设备上不会造成地面设备的损坏;密封环制成整圈的,没有接缝,密封效果好;质量小,操作方便,使用性能好。其缺点是:材料强度低,操作时需小心;适配器落地后将全部损坏,不能多次使用;制造工艺较复杂,成本较高。

3.影响适配器可靠分离的因素

导弹发射时,适配器与导弹一起在筒内运动。当适配器飞离发射筒后,则在分离弹簧的弹力、气动力和自身重力作用下与弹体分离,并在空中沿着预定的轨迹飞行,而导弹在发动机推力的作用下沿既定弹道飞行。

根据适配器分离特性分析,影响适配器可靠分离的主要因素有以下几点:

(1)气动外形和质量。当出口速度一定时,如果气动升力大,阻力系数小,适配器就能获得较大的分离距离;适配器质量小,分离后的飞行运动易受气流干扰。

(2)分离弹簧的弹力。弹力大,适配器分离初始加速度就大,在分离过程中运动距离也较大。

(3)弹簧力作用点与适配器质心的距离。弹簧力作用点的位置影响适配器分离时的运动姿态,应适当选择。

(4)风速与风向。

(5)射角。一般来说,增大射角对适配器分离是有利的。

(6)适配器出筒时的初始速度。初始速度增加,适配器分离速度加快,有利于分离。

适配器分离的基本要求是发射时适配器在与弹体分离的过程中不与弹体、展开中的弹翼、舵等部位碰撞,并且保证有一定的安全距离。

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